DE2335893A1 - DEVICE FOR GENERATING PULSATING JETS OF LIQUID HIGH SPEED AT HIGH PULSE FREQUENCY - Google Patents
DEVICE FOR GENERATING PULSATING JETS OF LIQUID HIGH SPEED AT HIGH PULSE FREQUENCYInfo
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Description
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g. Gesthuysea -»3 Essen, Theaterplatz 3G. Gesthuysea - »3 Essen, Theaterplatz 3
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Institut Cerac SA. Ecublens / VD (Schweiz) Institute Cerac SA. Ecublens / VD (Switzerland)
Vorrichtung zum Erzeugen von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen hoher Geschwindigkeit bei hoher Impulsfrequenz Device for generating high-speed pulsating jets of liquid at a high pulse frequency
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen hoher Geschwindigkeit bei hoher Impulsfrequenz in Kumulationsstrahlmitteln, durch welche Vorrichtung Materialien geschnitten, gebrochen, verformt oder gereinigt werden können, mit einer Flüssigkeitspumpe, einer Zusatzmittelpumpe und einer Vakuumpumpe, welche alle mittels einen geschlossenen Umlaufkreis bildender Flüssigkeitsleitungen miteinander in Verbindung stehen.The invention relates to a device for generating pulsating High speed liquid jets at high pulse frequency in cumulative jet means through which device Materials can be cut, broken, deformed or cleaned using a liquid pump, an admixture pump and a vacuum pump, all of which are closed by means of a Circulating fluid lines are in communication with one another.
Die Verwendung von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen von einer hohen Geschwindigkeit zum Schneiden, Brechen, Zerspringen, Verformen, Reinigen usw. von Materialien ist eine bekannte Technik, die in verschiedenen Industriebranchen eine immer grössere Be-The use of pulsating jets of liquid at a high speed for cutting, breaking, shattering, deforming, Cleaning, etc. of materials is a well-known technique that is becoming increasingly important in various branches of industry.
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deutung findet. Die Flüssigkeitsstrahlen einer hohen Geschwindigkeit sind üblicherweise für Reinigungszwecke verwendet worden, insbesondere in den petrochemischen Anlagen; auf dem Markt sind Maschinen mit Flüssigkeitsstrahlen einer hohen Geschwindigkeit zum Schneiden von Holz, Papier, Kunststoffmaterialien und ähnlichen Materialien vorhanden. Ausserdem werden Wasserstrahldüsen entwickelt, die ihre Verwendung auf dem Feld des Kohlen- und Mineralienbergbaues sowie auch im Tunnelbau finden. finds meaning. The jets of liquid at high speed have commonly been used for cleaning purposes, especially in petrochemical plants; on the market are machines with high speed liquid jets for cutting wood, paper, plastic materials and similar materials are available. In addition, water jet nozzles are being developed that can be used in the field of Coal and mineral mining as well as tunneling.
Die meisten bekannten Maschinen mit Flüssigkeitsstrahlen einer grossen Geschwindigkeit sind Strahlenerzeuger mit einem kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahl. D.h., dass die Flüssigkeitsstrahlgeschwindigkeit bei diesen Vorrichtungen während des Zeitintervalles eines Strahles unverändert bleibt, auch wenn dieses Zeitintervall so kurz ist als 1/10 einer Sekunde, wie bei manchen durch eine Explosion betätigten Vorrichtungen der Fall ist. Die einzige Methode, die zur Erhöhung des Stossdruckes führt, is.t die Erhöhung der Flüssigkeitsstrahlgeschwindigkeit, wozu wieder die Erhöhung des Förderdruckes verlangt wird. Um höhere Leistungen zu erreichen, ist deswegen unumgänglich, dass innerhalb eines grossen Teiles des Systemes mit hohen Drucken von 1 bis 10 Kilobar gearbeitet wird. Dies stellt jedoch gewisse technische Probleme dar, durch welche die Stossdrucke, die erzeugt werden können, und dementsprechend auch die Materialientypen, die geschnitten oder gebrochen werden sollen, begrenzt sind. Die meisten Metalle können mit dieser Art Vorrichtungen nicht geschnitten werden, jedoch ist es möglich, Materialien in Form von dünnen Schichten zu schneiden.Most known machines with liquid jets one high speed are jet generators with a continuous jet of liquid. That is, the liquid jet velocity in these devices remains unchanged during the time interval of a beam, even if this time interval is as short as 1/10 of a second, as is the case with some explosion actuated devices. the The only method that leads to an increase in the impact pressure is to increase the speed of the liquid jet, for which purpose again an increase in the delivery pressure is required. In order to achieve higher performance, it is therefore essential that within a A large part of the system is operated with high pressures of 1 to 10 kilobars. However, this represents certain technical Problems by which the butt prints that can be produced and, accordingly, the types of materials that can be cut or to be broken are limited. Most metals cannot be cut with this type of jig however, it is possible to cut materials in the form of thin layers.
Eine andere Art bekannter Geräte, durch welche höhere Geschwindigkeiten ohne Verwendung von hohen Drucken mit Ausnahme der Düsen erreicht werden, sind Vorrichtungen mit Flüssigkeitsstrahldüsen zum Erzeugen eines pulsierenden Flüssigkeitsstrahles, die in der US-Patentschrift Kr. 3,343,794 beschrieben sind.Another type of known device that allows higher speeds can be achieved without the use of high pressures other than the nozzles are devices with liquid jet nozzles for generating a pulsating jet of liquid, which are described in US Pat. No. 3,343,794.
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Der Innenraum der Düse ist so gestaltet, dass der statische Druck der in die Düse mittels eines beschleunigten Kolbens eingespritzten Flüssigkeit beim Eintritt der Flüssigkeit in den Innenr.aum unverändert oder annähernd unverändert bleibt, um den Druck anfänglich bis zu dem maximalen Wirkdruck in der Stosskammer rasch zu erhöhen und dann unverändert zu halten.The interior of the nozzle is designed so that the static Pressure injected into the nozzle by means of an accelerated piston Liquid remains unchanged or almost unchanged when the liquid enters the interior space Pressure initially up to the maximum differential pressure in the shock chamber to increase rapidly and then to hold unchanged.
In dem Augenblick des Stosses gegen den Kolben ist die Düse frei von Flüssigkeit. Die Dauer, eines Pulses hat die Grössenordnung einiger Hundert Mikrosekunden. Bei dem gleichen Maximaldruck in der Düse können wir mittels eines pulsierenden Flüssigkeitsstrahles zweimal so hohe Strahlgeschwindigkeit als mittels des kontinuierlichen Strahles erhalten. Ueberdies wird dieser Maximaldruck lokal, d.h. gegen die Austrittsseite der Düse erzeugt, wo der Querschnitt am kleinsten ist und wo der Druck am einfachsten gehalten werden kann. Wegen der pulsierenden Art des Flüssigkeitsstrahles ist nun der maximale Stossdruck der Wasserschlagdruck. Der Wasserschlagdruck ist immer grosser als der Stossdruck des kontinuierlichen Strahles. In Anbetracht dieser Tatsache und in Anbetracht der erhältlichen grösseren Geschwindigkeiten kann der Stossdruck für den Vorgang mit einem pulsierenden Strahl bis zu zehnmal höher als für denjenigen mit einem kontinuierlichen Strahl sein, bei gleichem Maximaldruck in dem Gerät. At the moment the piston hits the piston, the nozzle is free of liquid. The duration of a pulse is of the order of magnitude a few hundred microseconds. With the same maximum pressure in the nozzle, we can use a pulsating jet of liquid twice as high jet speed as obtained by means of the continuous jet. Moreover, this becomes the maximum pressure locally, i.e. towards the outlet side of the nozzle, where the cross-section is smallest and where the pressure is easiest can be held. Because of the pulsating nature of the liquid jet the maximum impact pressure is now the water hammer pressure. The water hammer pressure is always greater than the surge pressure of the continuous beam. In view of this fact and in view of the higher speeds available the surge pressure for the operation with a pulsating jet can be up to ten times higher than for the operation with a continuous jet Be a jet with the same maximum pressure in the device.
Die Geräte mit pulsierenden Strahlen weisen aber auch mehrere schwerwiegende Nachteile auf. Obwohl die Höchstleistungen von 601OOO J/Puls erreicht werden können, liegen die Mittelwerte bedeutend niedriger, ungefähr in der Grössenordnung von 200 W (unter der Voraussetzung eines Pulses pro 5 Minuten). Auch wenn die Impulsfrequenz auf 10 bis 20 Pulse pro Minute erhöht wird, ist die Durchschnittsleistung doch nicht höher als 20 Kilowatt. Um den Vorgang mit dem pulsierenden Strahl völlig auszunützen, muss die Impulsfrequenz um mehrere Grössenordnungen erhöht werden, wo-However, the devices with pulsating beams also have several serious disadvantages. Although the peak performance of 60 OOO 1 J / pulse can be obtained, the mean values are significantly lower, approximately in the order of 200 W (assuming one pulse every 5 minutes). Even if the pulse frequency is increased to 10 to 20 pulses per minute, the average power is still no more than 20 kilowatts. In order to fully utilize the process with the pulsating jet, the pulse frequency must be increased by several orders of magnitude, where-
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bei der Gesamtwirkungsgrad des Systemes ebenfalls erhöht werden muss.in which the overall efficiency of the system must also be increased.
Wie schon erwähnt, benützen die bekannten Geräte mit pulsierenden Strahlen schwere Kolben, die durch komprimierte Luft in die Flüssigkeitssäule getrieben werden, welche Flüssigkeitssäule dann durch die lange, konvergierende Düse, sogenannte Kumulationsdüse, mit einer grossen Geschwindigkeit zu der Austrittsseite der Düse getrieben wird. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, dass anstelle des Kolbens eine Wassersäule getrieben wird (Konzept eines Flüssigkeitskolbens). Für beide Fälle ist es für die beste Leistung von Wichtigkeit, dass die Düse und derjenige Teil der Leitung zwischen dem Kolben und der Wassersäule evakuiert werden, d.h., dass sie frei von der Flüssigkeit sein müssen.As already mentioned, the known devices with pulsating jets use heavy pistons which are pushed into the Liquid column are driven, which liquid column then through the long, converging nozzle, so-called cumulation nozzle, is propelled at a high speed to the exit side of the nozzle. There is an alternative possibility in that instead of the piston, a column of water is driven (concept of a liquid piston). For both cases it is important for best performance that the nozzle and that part of the conduit between the piston and the water column evacuated, i.e. they must be free of the liquid.
Die Geräte zum Erzeugen von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen, bei welchen Kolben verwendet werden, weisen verschiedene Nachteile auf. Zwischen dem Druckluftbehälter und dem Beschleunigungsrohr muss ein schnellwirkendes Hochdruckventil eingesetzt werden; der Kolben muss schnell und ohne Verlust an Energie zurückgebracht werden. Eine Hülle ist notwendig, um die Flüssigkeit vor dem Stoss an der Eintrittsseite der Düse zu halten. Dieses Material muss gleichzeitig mit den üeberresten der Flüssigkeit in der Düse zwischen den einzelnen Pulsen beseitigt werden.The devices for generating pulsating jets of liquid, in which pistons are used, have several disadvantages on. A fast acting high pressure valve must be used between the compressed air tank and the acceleration pipe will; the piston must be brought back quickly and without loss of energy. A sheath is necessary to hold the liquid hold on the inlet side of the nozzle before the impact. This material must be used at the same time as the remains of the liquid in the nozzle between the individual pulses.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die obenangeführten Nachteile zu beseitigen und eine Vorrichtung zum Erzeugen von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen hoher Geschwindigkeit bei hoher Impulsfrequenz mit einer hohen Leistung unter Beibehaltung der Kumulationsdüse und des Konzeptes des Fluidumkolbens zu schaffen.The invention is based on the object of the above To eliminate disadvantages and a device for generating pulsating jets of liquid at high speed high pulse frequency with high power while maintaining the accumulation nozzle and the concept of the fluid piston to accomplish.
Dies wird erfindungsgemäss durch die eingangs· erwähnte Vorrichtung erreicht, die durch einen Düsenblock gekennzeichnet ist,According to the invention, this is achieved by the device mentioned at the beginning reached, which is marked by a nozzle block,
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der mit einer bestimmten Drehgeschwindigkeit um seine Achse drehbar ist und an die erwähnten Leitungen angeschlossen ist, welcher Block mit Kumulationsdüsen versehen ist, die am Kreisumfang des Blockes als Durchgangsbohrungen angeordnet sind und deren Achse zur Rotationsachse des Düsenblockes um einen Winkel geneigt ist, der mit der Drehzahl des Düsenblockes und der Einspritzgeschwindigkeit der in die Düsen durch mindestens einen an die erwähnten Leitungen angeschlossenen Injektor eingespritzten Flüssigkeit zusammenhängt.which can be rotated around its axis at a certain speed and is connected to the mentioned lines, which block is provided with accumulation nozzles which are arranged on the circumference of the block as through-holes and whose axis is inclined to the axis of rotation of the nozzle block by an angle that corresponds to the speed of the nozzle block and the injection speed which is injected into the nozzles by at least one injector connected to the mentioned lines Fluid related.
Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:The subject of the invention is explained below with reference to drawings for example explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit einem umlaufenden Impulsgerät zum Erzeugen von pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen einer hohen Geschwindigkeit, die zum Schneiden einer Felsenabbaufront dient,Fig. 1 is a schematic representation of a device with a rotating impulse device for generating pulsating jets of liquid at high speed, which is used to cut a rock excavation front,
Fig. 2 einen Längsschnitt des abgewickelten Mantels des Düsenblockes der Vorrichtung nach der Fig. 1, mit in mehreren Düsen eingespritzten Flüssigkeitssäulen,2 shows a longitudinal section of the unwound jacket of the nozzle block the device according to FIG. 1, with columns of liquid injected into several nozzles,
Fig. 3 einen Querschnitt des Düsenblockes, in welchem die nach dem Puls in den Düsen gebliebenen Flüssigkeitssäulen durch Saugwirkung oder komprimierte Luft ent-, fernt werden,3 shows a cross section of the nozzle block in which the columns of liquid remaining in the nozzles after the pulse are released by suction or compressed air, to be removed
Fig. 4 einen Längsschnitt des Düsenblockes mit einer Düse, und4 shows a longitudinal section of the nozzle block with a nozzle, and
Fig. 5 einen Querschnitt des Düsenblockes, in welchem die nach dem Puls in den Düsen gebliebenen Flüssigkeitssäulen durch die Zentrifugalkraft entfernt werden. Fig. 5 is a cross section of the nozzle block in which the Columns of liquid remaining in the nozzles after the pulse are removed by centrifugal force.
Die Vorrichtung mit umlaufendem Impulsgerät ist schematisch inThe device with the rotating pulse device is shown schematically in FIG
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der Fig. 1 dargestellt. Die Flüssigkeit wird in diese Vorrichtung aus der Hauptwasserleitung augeführt, wobei durch die Pumpe 6 Zusatzmittel, wie Lösungen mit Langkettenmolekülen, zugemischt werden. Ein ununterbrochener Flüssigkeitsstrom wird durch eine Hochdruckpumpe 5 durch ein flexibles Verbindungsrohr 4 in einen Injektor 3 einer üblichen Bauart gefördert, welcher Injektor in der Nähe des Düsenblockes 1 angeordnet ist. Anstelle eines Injektors können zwei oder mehrere Injektoren verwendet werden, um die auf den Düsenblock wirkenden Kräfte auszubalancieren.1 shown. The liquid is fed into this device from the main water line, whereby the pump 6 additives, how solutions with long chain molecules are mixed in. A continuous flow of liquid is created by a high pressure pump 5 through a flexible connecting pipe 4 into an injector 3 of a conventional design promoted, which injector is arranged in the vicinity of the nozzle block 1. Instead of an injector two or more injectors can be used to balance the forces acting on the nozzle block.
Die Geschwindigkeit des ununterbrochenen Flüssigkeitsstromes, der dem Injektor 3 zugeführt wird, kann 100 m/sec. betragen. Dieser Strom entspricht einem Flüssigkeitskolben, der in einzelne Flüssigkeitssäulen einer bestimmten Länge geteilt v/ird, wobei jede Flüssigkeitssäule in eine andere Düse 2 des Düsenblockes 1 eingespritzt wird.The speed of the continuous flow of liquid that is fed to the injector 3, 100 m / sec. be. This flow corresponds to a liquid piston that breaks into individual columns of liquid of a certain length, each column of liquid being injected into a different nozzle 2 of the nozzle block 1 will.
Die Auslassöffnung 3a des Injektors 3 weist im Querschnitt eine nicht kreisförmige Form auf, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Der Injektor 3 befindet sich in der Nähe des ümfanges des Düsenblockes 1, so dass seine Auslassöffnung 3a unmittelbar an der Eintrittsseite 2a der entsprechenden Düse 2 liegt, wobei die Querschnittsfläche der Auslassöffnung mindestens der Querschnittsfläche der Eintrittsseite 2a der entsprechenden Düse 2 entspricht. Die Flüssigkeit wird so in jede Düse 2 in bestimmten Mengen eingespritzt, wobei der Düsenblock 1 um seine horizontale Achse dreht.The outlet opening 3a of the injector 3 has a cross section non-circular shape, as can be seen from FIG. 3. The injector 3 is located near the circumference of the nozzle block 1, so that its outlet opening 3a is located directly on the inlet side 2a of the corresponding nozzle 2, the The cross-sectional area of the outlet opening corresponds at least to the cross-sectional area of the inlet side 2a of the corresponding nozzle 2. The liquid is thus injected into each nozzle 2 in certain quantities, with the nozzle block 1 around its horizontal axis turns.
Die Achse jeder Kumulationsdüse 2 ist zur Rotationsachse des DU-senblockes 1 um einen Winkel α geneigt, wie in der Fig. 2 dargestellt ist. Um die Wirkung der Seitenkräfte auf den Düsenblock 1 zu vermeiden, ist der Winkel α auf die Drehgeschv/indigkeit des Blockes und auf die Einspritzgeschwindigkeit der Flüssigkeit wie folgt bezogen:The axis of each accumulation nozzle 2 is to the axis of rotation of the DU-senblockes 1 inclined by an angle α, as shown in FIG. To see the effect of the side forces on the nozzle block 1 to avoid, the angle α has to be adjusted to the speed of rotation of the Block and related to the injection speed of the liquid as follows:
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Tan α = —— .Tan α = ——.
Die Frequenz der pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen ist bestimmt durch die folgende Gleichung;The frequency of the pulsating liquid jets is determined by the following equation;
_ 2TTR(J _ 2TTR (J.
In beiden Gleichungen bedeuten:In both equations:
R den Radius des Düsenblockes 1,R is the radius of the nozzle block 1,
ω die Drehzahl des Düsenblockes,ω is the speed of the nozzle block,
U die Einspritzgeschwindigkeit der Flüssigkeit und S den Abstand der einzelnen Düsen voneinander.U is the injection speed of the liquid and S is the distance between the individual nozzles.
Grundsätzlich kann jede Art der Kumulationsdüsen Verwendung finden, z.B. konische, exponentielle oder hyperbolische Düsen. Der einzige Unterschied besteht in der Zugabe eines Uebergangsteiles mit konstantem Querschnitt, der sich von der Eintrittsseite 2a der Düse 2 bis zu dem Querschnitt, der mit 2b bezeichnet ist, erstreckt (siehe Fig. 2). Dies ist erforderlich aus dem folgenden Grunde. Der Eingang der Düse 2 ist im Querschnitt im Idealfall nicht kreisförmig, er ist fast viereckig, während der bei 2b beginnende Teil bis zu der Austrittsseite 2c im Querschnitt kreisförmig ist. Durch den nicht kreisförmigen Querschnitt des Einganges der Düse wird ermöglicht, dass am Umfang des Düsenblockes 1 eine maximale Anzahl der Düsen 2 angeordnet werden kann. Auf diese Weise wird die Oberfläche auf der Rückseite des Düsenblokkes zwischen jeder Düse, die dem Wasserschlagdruck ausgesetzt ist, am kleinsten gehalten, womit auch die nachteiligen Kavitationseffekte vermindert werden (siehe auch Fig. 4). Ausserdem wird sowohl der Wasserverlust als auch der Energieverlust herabgesetzt.Basically any type of accumulation nozzle can be used, e.g. conical, exponential or hyperbolic nozzles. The only difference is the addition of a transition part with a constant cross-section, which extends from the inlet side 2a of the nozzle 2 to the cross-section which is denoted by 2b (see Fig. 2). This is necessary for the following reason. The inlet of the nozzle 2 is ideal in cross section not circular, it is almost square, while the part beginning at 2b up to the exit side 2c is circular in cross section is. The non-circular cross-section of the inlet of the nozzle enables that on the circumference of the nozzle block 1 a maximum number of nozzles 2 can be arranged. In this way, the surface is on the back of the nozzle block between each nozzle that is exposed to the water hammer pressure is kept smallest, which also reduces the disadvantageous cavitation effects (see also FIG. 4). In addition, both both water loss and energy loss are reduced.
Es ist auch möglich, eine Kombination verschiedenartig gestalteter Düsen zu verwenden. Eine solche Kombination ermöglicht die Veränderung des Durchmessers und der Geschwindigkeit der einzelnen Strahle während jeder Drehbewegung des Düsenblockes, so dassIt is also possible to have a combination of different designs Use nozzles. Such a combination allows the diameter and speed of each to be changed During each rotation of the nozzle block, jets so that
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die beste Schnittleistung erreicht werden kann. Um z.B. das Material aufzusprengen, wird ein sehr feiner Flüssigkeitsstrahl einer hohen Geschwindigkeit verwendet, dem ein Flüssigkeitsstrahl mit grösserem Durchmesser folgt, um den Spalt zu erweitern, wonach vom Material Stücke abgerissen werden.the best cutting performance can be achieved. For example about the material burst open, a very fine jet of liquid becomes one high speed is used, followed by a jet of liquid with a larger diameter to widen the gap, after which Pieces of material are torn off.
-Der Innenhohlraum jeder Düse 2 verjüngt sich von der mit 2b bezeichneten Stelle zu der Austrittsseite 2c der Düse 2, Durch die Drehbewegung des Düsenblockes 1, die demselben durch den Antriebsmotor 8 erteilt wird, verlassen raschpulsierende dynamische Druckstösse der Flüssigkeitssäulen die Austrittsseite 2c jeder Düse 2, die einen ununterbrochenen Strom von Flüssigkeitsstrahlen bilden, um Materialien zu schneiden, zu brechen, zu verformen oder zu reinigen. Die in den Düsen nach dem Stoss übriggebliebene Flüssigkeitsmenge wird dann abgeführt entweder durch die Absaugung auf der Rückseite des Düsenblockes 1 oder durch die Verwendung der Hochdruckluft auf der Vorderseite des Düsenblockes 1. Die so abgeführte Flüssigkeit wird durch einen festen Sammler 9 zurück in die Leitungen 4 gebracht. Auf diese Weise wird die in den Düsen übriggebliebene Flüssigkeit, die ungefähr 90% der eingespritzten Flüssigkeitsmenge darstellt, zu der Einlassöffnung der Hochdruckpumpe 5 zugeführt. Dies ist von einer besonderen Bedeutung bei der Verwendung von Zusatzmitteln. Die Drehgeschwindigkeit wird durch die Zeitdauer bestimmt, in welcher die Düsen 2 zwischen einzelnen Stössen entleert werden können, d.h., dass die Entleerungszeit kleiner als die Zeitspanne einer Umdrehung sein muss. Wegen der Querbewegung der Düsen besteht keine Ueberlagerung der schnellaufenden Fronten der Flüssigkeitsstrahlen mit den langsam laufenden Enden der Flüssigkeitsstrahlen.-The inner cavity of each nozzle 2 tapers from that indicated by 2b Place to the exit side 2c of the nozzle 2, by the rotary movement of the nozzle block 1, the same by the drive motor 8 is issued, rapidly pulsating dynamic pressure surges of the liquid columns leave the outlet side 2c of each nozzle 2, that form a continuous stream of jets of liquid to cut, break, deform or tear materials clean. The amount of liquid left in the nozzles after the impact is then removed either by suction on the back of the nozzle block 1 or by using the high pressure air on the front of the nozzle block 1. The so The liquid discharged is brought back into the lines 4 through a fixed collector 9. This way the in the nozzles leftover liquid, which is approximately 90% of the amount of liquid injected, to the inlet port of the high pressure pump 5 supplied. This is of particular importance when using additives. The turning speed is determined by the time in which the nozzles 2 can be emptied between individual bursts, i.e. that the Emptying time must be less than the period of one revolution. Because of the transverse movement of the nozzles, there is no overlap the fast moving fronts of the liquid jets with the slow moving ends of the liquid jets.
In der Fig. 5 ist ein Querschnitt des Düsenblockes dargestellt, wobei die Seitenwände der Düsen 2, die an dem Umfang des Düsenblockes 1 liegen, offen sind und Austrittsöffnungen 11 der Düsen bilden. Ein fester Mantel 10 ist vorgesehen, dessen einer TeilIn Fig. 5 is a cross section of the nozzle block is shown, the side walls of the nozzles 2 on the circumference of the nozzle block 1 are open and outlet openings 11 of the nozzles form. A solid jacket 10 is provided, one part of which
409-881 /0278409-881 / 0278
lOa geschlossen ist, während der andere Teil 10b perforiert ist, so dass die in den Düsen 2 nach dem Stoss übriggebliebene Flüssigkeit smenge durch Zentrifugalkraft durch diese Austrittsöffnungen 11 der Düsen 2 und durch den perforierten Teil 10b in den Sammler 9 ausgetrieben werden kann.lOa is closed while the other part 10b is perforated, so that the amount of liquid remaining in the nozzles 2 after the impact s by centrifugal force through these outlet openings 11 of the nozzles 2 and can be expelled through the perforated part 10b into the collector 9.
Der Antriebsmotor 8 des Düsenblockes 1 ist an der Antriebswelle 13 des Düsenblockes 1 angeordnet. Dies ist von Vorteil, weil der Antriebsmotor 8 gemeinsam mit dem Düsenblock 1 bewegt werden kann. Dieser Motor kann ein elektrischer oder ein hydraulischer Motor sein, wobei der hydraulische Motor direkt von der Hochdruckpumpe 5 angetrieben wird.The drive motor 8 of the nozzle block 1 is arranged on the drive shaft 13 of the nozzle block 1. This is beneficial because of the Drive motor 8 can be moved together with the nozzle block 1. This motor can be an electric or a hydraulic motor the hydraulic motor being driven directly by the high pressure pump 5.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Seitenkräfte, die während des Einspritzens der Flüssigkeit auf den Düsenblock wirken, demselben selbst oder in Verbindung mit dem Motor eine Drehbewegung erteilen können.There is a possibility that the side forces that occur during the injection of the liquid on the nozzle block act, the same itself or in connection with the motor a rotary movement can issue.
Die flexiblen Verbindungsleitungen 4 ermöglichen, dass der Düsenblock 1 entlang einer Felsenabbaufront 12 oder einer anderen Oberfläche , die geschnitten oder auf eine andere Weise behandelt werden soll, bewegt wird, ohne dass die schweren Teile, wie die Hochdruckpumpe 5, verschoben werden müssen.The flexible connecting lines 4 allow the nozzle block 1 along a rock mining face 12 or other surface that is being cut or otherwise treated is supposed to be moved without affecting the heavy parts, such as the high pressure pump 5, need to be postponed.
Wenn wir den Durchmesser der Eintrittsseite 2a der Düse auf 14 mm und den Winkel α auf 16 festsetzen, wird eine Länge der Wassersäule von 80 mm für einen 22 mm breiten Injektor erhalten. Durch die Aenderung der Form, der Länge und des Querschnittsverhältnisses der Düsen, kann im Grundsatz jede verlangte Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahles erreicht werden. Wenn jedoch der Flüssigkeitsstrahl auf einen Durchmesser von 1 mm beschränkt wird und eine 160 mm lange exponentielle Düse verwendet wird, wird eine Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahles ü = 2500 m/sec,If we set the diameter of the inlet side 2a of the nozzle to 14 mm and the angle α to 16, it becomes a length of the water column of 80 mm for a 22 mm wide injector. By changing the shape, length and aspect ratio of the nozzles, in principle any required speed of the liquid jet can be achieved. However, when the jet of liquid is limited to a diameter of 1 mm and a 160 mm long exponential nozzle is used, a speed becomes of the liquid jet ü = 2500 m / sec,
ITIcLXITIcLX
ein innerhalb der Düse wirkender Maximaldruck P = 8-Kilobara maximum pressure P = 8 kilobars acting inside the nozzle
maxMax
409881/0278"409881/0278 "
erreicht, wobei der voraussichtliche Wirkungsgrad η bei 80% liegt.achieved, with the expected efficiency η being 80%.
Um die gleiche Geschwindigkeit mit einer Vorrichtung mit einem kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahl zu erreichen, würde ein Druck von 32 Kilobar nötig.To achieve the same speed with a device with a continuous jet of liquid, a pressure of 32 kilobars are necessary.
Die Ausmasse des Düsenblockes sind von der Entleerungszeit der Düse 2 abhängig. Unter der Voraussetzung, dass die Entleerungszeit 30 msec, dauert, ist die maximale Drehgeschwindigkeit auf* 2000 U/min, beschränkt. Aus der Gleichung betreffend den Winkel α wird R = 15 cm ausgerechnet. Das heisst, dass 60 Düsen an jedem Düsenblock 1 angebracht werden können. Die Impulsfrequenz F würde 2000 Impulse/sec. betragen.The dimensions of the nozzle block depend on the emptying time of the nozzle 2 dependent. Assuming that the emptying time lasts 30 msec, the maximum rotation speed is * 2000 RPM, limited. The equation relating to the angle α becomes R = 15 cm calculated. This means that 60 nozzles can be attached to each nozzle block 1. The pulse frequency F would be 2000 Pulses / sec. be.
Die oben beschriebene Vorrichtung kann z.B. zum Schneiden»von Beton, von Fels, von Pflasterungsmaterialien, Ziegelwänden usw. verwendet werden. Für gewisse Schneidevorgänge sind hohe Stossdrucke nicht nötig, so dass in diese Vorrichtung Wasser aus einer Niederdruckwasserleitung, z.B. aus einem Feuerhydrant, zugeführt werden kann. Holz, Papier und andere weiche Materialien können mit kleinen Geschwindigkeiten der Flüssigkeitsstrahlen geschnitten werden. In solchen Fällen kann die Vorrichtung sogar mit Wasser aus einer üblichen Wasserleitung gespeist werden. Zum Schneiden von Metallblechen oder von Kunststoff platten werden sehr feine, gebündelte Flüssigkeitsstrahlen einer hohen Geschwindigkeit benötigt. Diese Vorrichtung ist auch für diese Art Arbeitsvorgänge geeignet. The device described above can be used, for example, for cutting »concrete, used on rock, paving materials, brick walls, etc. For certain cutting processes, high shock pressure is required not necessary, so that in this device water from a low-pressure water pipe, e.g. from a fire hydrant. Wood, paper and other soft materials can be made with small ones Velocities of the liquid jets are cut. In such cases, the device can even run out of water a common water pipe are fed. For cutting sheet metal or plastic plates, very fine, bundled Requires high speed liquid jets. This device is also suitable for this type of operation.
Die Vorteile der oben beschriebenen Vorrichtung umfassen das Folgende :The advantages of the device described above include the following :
- um mehrere Grössenordnungen höhere Impulsfrequenzen als bei den üblichen Vorrichtungen,- Pulse frequencies several orders of magnitude higher than with the usual devices,
- ein grösserer Gesamtwirkungsgrad als bei den pneumatisch angetriebenen Vorrichtungen mit pulsierenden Flüssigkeitsstrahlen, - a greater overall efficiency than with the pneumatically driven ones Devices with pulsating liquid jets,
40 98 81/027840 98 81/0278
·· 11 -·· 11 -
kein Bedarf an Kolben oder Umhüllungsmaterialien und schnell wirkenden Ventilen,no need for flasks or wrapping materials and quickly acting valves,
die Entleerung der Düsen ist einfach und wird während der Zeit einer Drehbewegung des Düsenblockes ausgeführt, der Düsenblock ist leicht und kompakt und kann einfach längs- und guerbewegt werden, ohne dass die Hochdruckpumpe verschoben werden muss,the emptying of the nozzles is easy and is carried out while the nozzle block rotates, the nozzle block is light and compact and can easily be moved lengthways and crossways without moving the high pressure pump must become,
die Vorrichtung arbeitet mit verhältnismässig niedrigen Drukken im Vergleich mit den Vorrichtungen mit kontinuierlichen Flüssigkeitsstrahlen,the device operates at relatively low pressures in comparison with the continuous devices Liquid jets,
keine neue Technologie zur Herstellung der Vorrichtung wird verlangt. Ausser dem Düsenblock sind alle anderen Teile auf dem Markt erhältlich.no new technology for manufacturing the device is required. Except for the nozzle block, all other parts are open available on the market.
409881/0278409881/0278
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